CN112865595A - 一种压电惯性驱动模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驱动技术领域，公开一种压电惯性驱动模块，压电陶瓷叠堆、第一惯性质量块组均位于压电惯性驱动模块的中心轴上，第一摩擦头的设置位置、第二摩擦头的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称，实现整个压电惯性驱动模块为对称结构，保证压电惯性驱动模块沿正反两个方向具有相同的运动状态，保证压电惯性驱动模块在正、反方向运动的过程中具有相同的驱动力、速度和振动，便于控制输出位移的速度和精度；能够降低压电惯性驱动模块的精度控制的难度，提高压电惯性驱动模块的负载能力；简化了压电惯性驱动模块的内部结构和驱动方式。

Description

一种压电惯性驱动模块

技术领域

本发明涉及驱动技术领域，尤其涉及一种压电惯性驱动模块。

背景技术

随着精密制造、半导体、医疗设备等行业的发展，高精度、高分辨率的精密运动驱动装置的市场需求日益增多，各种新结构、新技术不断涌现。压电惯性电机作为精密运动驱动装置的一种，目前已被广泛认知，诸如美国专利US10250164B2所述惯性电机，其原理是通过摩擦副之间的“粘滞-滑移”效应和压电陶瓷的驱动而产生位移。

现阶段主流的压电惯性驱动模块，结构具有单向性；当其需要驱动负载分别向正反两个方向运动时，需通过多组模块共同作用并控制驱动波形相位差的方法才能实现，其内部结构和驱动方式均相对复杂。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种压电惯性驱动模块。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种压电惯性驱动模块，包括压电陶瓷叠堆，还包括第一惯性质量块组、第一摩擦头、第二摩擦头；其中：

所述压电陶瓷叠堆、所述第一惯性质量块组均位于所述压电惯性驱动模块的中心轴上；

所述第一摩擦头的设置位置、所述第二摩擦头的设置位置关于所述压电惯性驱动模块的中心轴对称；所述第一摩擦头、所述第二摩擦头分别与所述第一惯性质量块组连接；

所述第一摩擦头、所述第二摩擦头分别与所述压电陶瓷叠堆柔性连接。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述压电惯性驱动模块还包括第一支撑子模块，所述第一支撑子模块包括第一支撑件、第二支撑件、第三支撑件和第四支撑件；所述第一支撑件、所述第四支撑件为柔性件；

所述第一支撑件的一端、所述第二支撑件、所述第一惯性质量块组、所述第三支撑件和所述第四支撑件的一端依次相连；所述压电陶瓷叠堆的两端分别与所述第一支撑件的另一端和所述第四支撑件的另一端均直接或间接相连；

所述第一摩擦头位于所述第一支撑件、所述第二支撑件的连接处；所述第二摩擦头位于所述第三支撑件、所述第四支撑件的连接处。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述第一支撑件、所述第四支撑件的设置位置关于所述压电惯性驱动模块的中心轴对称；

所述第二支撑件、所述第三支撑件的设置位置关于所述压电惯性驱动模块的中心轴对称。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述第二支撑件、所述第一惯性质量块组、所述第三支撑件依次连接形成一个向所述压电陶瓷叠堆内凹的结构。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述第一支撑件和所述第二支撑件通过第一刚性件连接，所述第一摩擦头设于所述第一刚性件上；

所述第三支撑件和所述第四支撑件通过第二刚性件连接，所述第二摩擦头设于所述第二刚性件上。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述压电惯性驱动模块还包括：第二支撑子模块、第二惯性质量块组；所述第二支撑子模块与第一支撑子模块的结构相同，且所述第二支撑子模块与第一支撑子模块关于预设平面镜像对称；所述第一惯性质量块组与第二惯性质量块组的结构相同，且所述第一惯性质量块组与所述第二惯性质量块组关于所述预设平面镜像对称，所述预设平面为垂直于所述压电惯性驱动模块的中心轴且经过所述压电陶瓷叠堆形变方向中心轴的平面。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述第一支撑件连接所述第一摩擦头的一端和所述第四支撑件连接所述第二摩擦头的一端沿所述压电惯性驱动模块的中心轴的轴向相互靠近或远离。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述压电惯性驱动模块还包括一个刚性连接件，所述压电陶瓷叠堆嵌入所述刚性连接件的中部，所述刚性连接件的两端分别连接于所述第一支撑件和所述第四支撑件。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述压电惯性驱动模块还包括两个刚性连接件，所述压电陶瓷叠堆的一端通过一个所述刚性连接件连接于所述第一支撑件，所述压电陶瓷叠堆的另一端通过另一个所述刚性连接件连接于所述第四支撑件。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，两个所述刚性连接件通过至少一个柔性连接件相连。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述第一惯性质量块组包括若干个串联的配重块。

作为上述压电惯性驱动模块的一种优选技术方案，所述压电陶瓷叠堆的通电形变方向垂直于所述压电惯性驱动模块的中心轴。

本发明的有益效果：

本发明中压电陶瓷叠堆、第一惯性质量块组均位于压电惯性驱动模块的中心轴上，第一摩擦头的设置位置、第二摩擦头的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称，实现整个压电惯性驱动模块为对称结构，保证压电惯性驱动模块沿正反两个方向具有相同的运动状态，保证压电惯性驱动模块在正、反方向运动的过程中具有相同的驱动力、速度和振动，便于控制输出位移的速度和精度。

本发明能够降低压电惯性驱动模块的精度控制的难度，提高压电惯性驱动模块的负载能力。

本发明简化了压电惯性驱动模块的内部结构和驱动方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的摩擦头运动时的加速度方向为A1方向时压电惯性驱动模块的受力分析图；

图3是本发明实施例一提供的摩擦头运动时的加速度方向为A2方向时压电惯性驱动模块的受力分析图；

图4是本发明其他实施例提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图5是本发明其他实施例提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的压电惯性驱动模块中压电陶瓷叠堆与刚性连接件的连接示意图；

图8是本发明其他实施例提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图9是本发明其他实施例提供的压电陶瓷叠堆与刚性连接件的连接示意图；

图10是本发明实施例三提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图11是本发明实施例三提供的压电惯性驱动模块中压电陶瓷叠堆与刚性连接件的连接示意图；

图12是本发明实施例四提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图13是本发明实施例四提供的摩擦头运动时的加速度方向为A1方向时压电惯性驱动模块的受力分析图；

图14是本发明实施例四提供的摩擦头运动时的加速度方向为A2方向时压电惯性驱动模块的受力分析图；

图15是本发明其他实施例提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图16是本发明其他实施例提供的压电惯性驱动模块与轨道的装配图；

图17是本发明其他实施例提供的压电惯性驱动模块与轨道之间的配合示意图；

图18是本发明实施例六提供的压电惯性驱动模块的结构示意图；

图19是本发明实施例七提供的压电惯性驱动模块中压电陶瓷叠堆与刚性连接件的连接示意图；

图20是本发明其他实施例提供的压电惯性驱动模块中压电陶瓷叠堆与刚性连接件的连接示意图；

图21是本发明实施例八提供的压电惯性驱动模块的结构示意图。

图中：

11、刚性连接件；121、第一支撑件；122、第二支撑件；123、第三支撑件；124、第四支撑件；125、第五支撑件；126、第六支撑件；127、第七支撑件；128、第八支撑件；131、第一刚性件；132、第二刚性件；133、第三刚性件；134、第四刚性件；14、柔性连接件；

2、压电陶瓷叠堆；

31、第一惯性质量块组；32、第二惯性质量块组；

41、第一摩擦头；42、第二摩擦头；43、第三摩擦头；44、第四摩擦头；

5、负载；51、轨道；51a、第一轨道摩擦面；51b、第二轨道摩擦面。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

实施例一

如图1至图3所示，本实施例提供了一种压电惯性驱动模块，包括压电陶瓷叠堆2、第一惯性质量块组31、第一摩擦头41和第二摩擦头42，其中，压电陶瓷叠堆2、第一惯性质量块组31均位于压电惯性驱动模块的中心轴上；第一摩擦头41的设置位置、第二摩擦头42的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称；第一摩擦头41、第二摩擦头42分别与第一惯性质量块组31连接；第一摩擦头41、第二摩擦头42分别与压电陶瓷叠堆2柔性连接。

本实施例中，上述压电惯性驱动模块驱动负载做直线运动，压电惯性驱动模块的中心轴垂直于压电惯性驱动模块的运动方向，压电陶瓷叠堆2在电压作用下产生变形来产生驱动力，负载的运动方向与压电陶瓷叠堆2的通电形变方向一致，负载的运动方向与压电惯性驱动模块的运动方向相同。如图1所示，压电惯性驱动模块的中心轴沿着y轴方向延伸，压电惯性驱动模块沿着x轴的正向或负向运动。

本实施例提供的压电惯性驱动模块，压电陶瓷叠堆2、第一惯性质量块组31均位于压电惯性驱动模块的中心轴上，第一摩擦头41的设置位置、第二摩擦头42的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称，实现整个压电惯性驱动模块为对称结构，保证压电惯性驱动模块沿正反两个方向具有相同的运动状态，保证压电惯性驱动模块在正、反方向运动的过程中具有相同的驱动力、速度和振动，便于控制输出位移的速度和精度；能够降低压电惯性驱动模块的精度控制的难度，提高压电惯性驱动模块的负载能力，简化了压电惯性驱动模块的内部结构和驱动方式。

进一步地，压电惯性驱动模块还包括第一支撑子模块，第一支撑子模块包括第一支撑件121、第二支撑件122、第三支撑件123和第四支撑件124；第一支撑件121、第四支撑件124为柔性件；第一支撑件121的一端、第二支撑件122、第一惯性质量块组31、第三支撑件123和第四支撑件124的一端依次相连；压电陶瓷叠堆2的两端分别与第一支撑件121的另一端、第四支撑件124的另一端直接相连，第一摩擦头41位于第一支撑件121、第二支撑件122的连接处；第二摩擦头42位于第三支撑件123、第四支撑件124的连接处。

需要说明的是，本实施例中所提到的刚性件和柔性件，可以为图中所示的直线型结构，也可以为弧线型、折线型或螺旋线型，在此不做具体限定。

进一步地，第一支撑件121、第四支撑件124的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称；第二支撑件122、第三支撑件123的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称。

进一步地，第二支撑件122、第一惯性质量块组31、第三支撑件123依次连接形成一个向压电陶瓷叠堆2内凹的结构。具体地，压电陶瓷叠堆2所在的平面为第一平面，第一摩擦头41、第二摩擦头42到第一平面的垂直距离大于第一惯性质量块组31到第一平面的垂直距离。这样的结构，可以更方便地承载负载。

进一步地，第一支撑件121连接第一摩擦头41的一端和第四支撑件124连接第二摩擦头42的一端沿压电惯性驱动模块的中心轴的轴向相互远离；此时，第一支撑件121与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为钝角，第四支撑件124与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为钝角，且两个钝角角度相等。于其他实施例中，如图4所示，第一支撑件121连接第一摩擦头41的一端和第四支撑件124连接第二摩擦头42的一端沿压电惯性驱动模块的中心轴的轴向相互靠近；此时，第一支撑件121与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为锐角，第四支撑件124与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为锐角，且两个锐角角度相等，以适应不同的轨道摩擦面而设计。

需要说明的是，第一支撑件121连接第一摩擦头41的一端和第四支撑件124连接第二摩擦头42的一端沿压电惯性驱动模块的中心轴的轴向是相互远离，还是相互靠近，以适应于不同轨道上的轨道摩擦面为基准进行选择。

进一步地，第一支撑件121和第二支撑件122通过第一刚性件131连接，第一摩擦头41设于第一刚性件131上；第三支撑件123和第四支撑件124通过第二刚性件132连接，第二摩擦头42设于第二刚性件132上。

本实施例中，第二支撑件122和第三支撑件123分别连接第一刚性件131和第二刚性件132，用于传递惯性力，使第一刚性件131和第二刚性件132有同步运动趋势。

负载固定于轨道上，并借助轨道运动，轨道上有第一轨道摩擦面51a，第一摩擦头41和第二摩擦头42均与第一轨道摩擦面51a滑动连接。具体实施时，轨道也可以换成设置有摩擦面的滑块，负载借助滑块实现和摩擦头的滑动连接。

本实施例中，第一摩擦头41设于第一刚性件131的外侧，第二摩擦头42设于第二刚性件132的外侧。于其他实施例中，如图5所示，也可以将第一摩擦头41设于第一刚性件131的内侧，将第二摩擦头42可以设于第二刚性件132的内侧。需要说明的是，第一摩擦头41在第一刚性件131上位置和第二摩擦头42在第二刚性件132上的位置，以适应于不同的轨道摩擦面为基准进行选择。

本实施例中，第一摩擦头41和第二摩擦头42均与第一轨道摩擦面51a面接触。于其他实施例中，第一摩擦头41和第二摩擦头42还可以与第一轨道摩擦面51a线接触或点接触。

进一步地，上述第一摩擦头41、第二摩擦头42均由耐磨材料制成。优选地，第一摩擦头41、第二摩擦头42均由氧化铝陶瓷制成。需要说明的是，摩擦头还可以由现有技术中的其他耐磨材料制成，在此不再一一赘叙。

进一步地，本实施例中，第一惯性质量块组31包括一个配重块，这里仅为举例。于其他实施例中，第一惯性质量块组31也可以包括若干个串联的配重块，以方便根据需求调节第一惯性质量块组31的质量。

将上述压电惯性驱动模块装配于轨道上后，通过每个摩擦头与第一轨道摩擦面51a滑动连接构成一组摩擦副，摩擦副内部具有一定的预紧力F_pre，使静态下上述压电惯性驱动模块具有足够的静态加持力。

如图2所示，在上述压电惯性驱动模块工作时，压电陶瓷叠堆2驱动摩擦头做加速运动，第一惯性质量块组31对第一摩擦头41、第二摩擦头42产生相反方向的惯性力，使摩擦头绕轴线OO’转动，改变了摩擦头对轨道的压力。轴线OO’指的是压电陶瓷叠堆2在x轴方向的中心线，其与压电惯性驱动模块的中心轴垂直。

压电惯性驱动模块借助轨道驱动负载运动的过程中，在“粘滞”阶段，若压电陶瓷叠堆2驱动第一摩擦头41、第二摩擦头42运动的加速度方向为A1方向，加速度为a1，产生的惯性力F₁＝-ma1，m为第一惯性质量块组31的质量。在该惯性力的作用下使第一摩擦头41对第一轨道摩擦面51a的压力F_Nleft增大，F_Nleft相比于F_pre增大ΔFn，F_Nleft＝F_pre+ΔFn；第二摩擦头42对第一轨道摩擦面51a的压力F_Nright减小，F_Nright相比于F_pre减小ΔFn，F_Nright＝F_pre-ΔFn。

因此，第一摩擦头41与第一轨道摩擦面51a之间的摩擦力为：f_left＝μF_Nleft＝μ(F_pre+ΔFn)，其中，μ为摩擦系数；第二摩擦头42与第一轨道摩擦面51a之间的摩擦力为：f_right＝μF_Nright＝μ(F_pre-ΔFn)，整个压电惯性驱动模块对第一轨道摩擦面51a的摩擦力为：f＝f_left+f_right＝2μF_pre。

压电惯性驱动模块通过克服第一摩擦头41、第二摩擦头42与第一轨道摩擦面51a之间的摩擦力借助轨道对负载进行驱动，那么压电惯性驱动模块对第一轨道摩擦面51a提供的驱动力为F_A1＝f＝2μF_pre。

如图3所示，压电惯性驱动模块借助轨道驱动负载运动的过程中，在“粘滞”阶段，若压电陶瓷叠堆2驱动第一摩擦头41、第二摩擦头42运动的加速方向为与A1方向相反的A2方向，加速度为a2，产生的惯性力F₂＝-ma2。在该惯性力的作用下使第一摩擦头41对第一轨道摩擦面51a的压力为F_Nleft，F_Nleft相比于F_pre减小ΔFn，F_Nleft＝F_pre-ΔFn；第二摩擦头42对第一轨道摩擦面51a的压力为F_Nright，F_Nright相比于F_pre增大ΔFn，F_Nright＝F_pre+ΔFn。

因此，第一摩擦头41与第一轨道摩擦面51a之间的摩擦力为：f_left＝μF_Nleft＝μ(F_pre-ΔFn)；第二摩擦头42与第一轨道摩擦面51a之间的摩擦力为：f_right＝μF_Nright＝μ(F_pre+ΔFn)，整个压电惯性驱动模块对第一轨道摩擦面51a的摩擦力为：f＝f_left+f_right＝2μF_pre。

压电惯性驱动模块通过克服第一摩擦头41、第二摩擦头42与第一轨道摩擦面51a之间的摩擦力对负载进行驱动，那么压电惯性驱动模块借助第一轨道摩擦面51a为负载提供的驱动力为：F_A2＝f＝2μF_pre。

综上，第一摩擦头41、第二摩擦头42运动的加速度方向为A1方向和A2方向时为负载提供相同大小的驱动力，保证了负载往复运动的过程中具有相同的速度和振动，以便于控制输出位移的速度和精度。

压电惯性驱动模块提供的最大驱动力受限于两个驱动力中的最小值，即Fmax＝min[F_A1,F_A2]，而F_A1＝F_A2＝2μF_pre，那么压电惯性驱动模块沿A1方向和沿A2方向运动的过程中驱动力无衰减，解决了现有技术中两个相反方向的驱动力不同导致压电惯性驱动模块的负载能力被限制的问题。

实施例二

如图6和图7所示，本实施例与实施例一的区别在于：压电陶瓷叠堆2的两端分别与第一支撑件121远离第一摩擦头41的一端、第四支撑件124远离第二摩擦头42的一端间接相连。具体地，压电惯性驱动模块还包括一个刚性连接件11，压电陶瓷叠堆2嵌入刚性连接件11的中部，刚性连接件11的两端分别连接于第一支撑件121和第四支撑件124。使用刚性连接件11使得第一摩擦头41、第二摩擦头42与压电陶瓷叠堆2之间的连接更加可靠，不易断裂，安全可靠性高。

具体地，参照图7所示，刚性连接件11的上侧面设有安装凹槽，压电陶瓷叠堆2以粘贴或过盈配合等方式嵌入于安装凹槽内，提高了压电陶瓷叠堆2的抗剪切性能，防止压电陶瓷叠堆2断裂。本实施例中，参照图6和图7，安装凹槽沿纸面向内贯穿刚性连接件11设置。

在其他实施例中，如图8和图9，还可以在刚性连接件11的下侧面设置安装凹槽，压电陶瓷叠堆2以粘贴或过盈配合等方式嵌入于安装凹槽内。

实施例三

如图10和图11所示，本实施例与实施例二的区别在于：刚性连接件11设有两个，压电陶瓷叠堆2的一端通过一个刚性连接件11连接于第一支撑件121远离第一摩擦头41的一端，压电陶瓷叠堆2的另一端通过另一个刚性连接件11连接于第四支撑件124远离第二摩擦头42的一端。

实施例四

如图12至图14所示，本实施例与实施例一的区别点之一在于：

压电惯性驱动模块还包括第二支撑子模块和第二惯性质量块组32；第二支撑子模块与第一支撑子模块的结构相同，且第二支撑子模块与第一支撑子模块预设平面镜像对称；第一惯性质量块组31与第二惯性质量块组32的结构相同，且第一惯性质量块组31与第二惯性质量块组32关于预设平面镜像对称，预设平面为垂直于压电惯性驱动模块的中心轴且经过压电陶瓷叠堆2形变方向中心轴的平面。需要说明的是，压电陶瓷叠堆2存在互相垂直的两个中心轴，而“压电陶瓷叠堆2形变方向中心轴”是指两个中心轴中与压电陶瓷叠堆2的形变方向一致的那个中心轴。

具体地，第二支撑子模块包括第三摩擦头43、第四摩擦头44、第五支撑件125、第六支撑件126、第七支撑件127和第八支撑件128，第五支撑件125和第八支撑件128为柔性件；第五支撑件125的一端、第六支撑件126、第二惯性质量块组32、第七支撑件127和第八支撑件128的一端依次相连；压电陶瓷叠堆2的两端分别与第五支撑件125的另一端、第八支撑件128的另一端直接相连，第三摩擦头43位于第五支撑件125和第六支撑件126的连接处，第四摩擦头44位于第七支撑件127和第八支撑件128的连接处。

需要说明的是，本实施例中所提到的刚性件和柔性件，可以为图中所示的直线型结构，也可以为弧线型、折线型或螺旋线型，在此不做具体限定。

进一步地，第五支撑件125、第八支撑件128的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称；第六支撑件126、第七支撑件127的设置位置关于压电惯性驱动模块的中心轴对称。

进一步地，第六支撑件126、第二惯性质量块组32、第七支撑件127依次连接形成一个向压电陶瓷叠堆2内凹的结构。具体地，第三摩擦头43、第四摩擦头44到第一平面的垂直距离大于第二惯性质量块组32到第一平面的垂直距离。这样的结构，可以更方便地承载负载。

进一步地，第五支撑件125连接第三摩擦头43的一端和第八支撑件128连接第四摩擦头44的一端沿压电惯性驱动模块的中心轴的轴向相互远离，此时，第五支撑件125与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为钝角，第八支撑件128与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为钝角，且两个钝角角度相等。于其他实施例中，如图15所示，第五支撑件125连接第三摩擦头43的一端和第八支撑件128连接第四摩擦头44的一端沿压电惯性驱动模块的中心轴的轴向相互靠近；此时，第五支撑件125与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为锐角，第八支撑件128与压电陶瓷叠堆2之间的夹角为锐角，且两个锐角角度相等。

需要说明的是，第五支撑件125连接第三摩擦头43的一端和第八支撑件128连接第四摩擦头44的一端沿压电惯性驱动模块的中心轴的轴向是相互远离，还是相互靠近，以适应于不同轨道上的轨道摩擦面为基准进行选择。

进一步地，第五支撑件125和第六支撑件126通过第三刚性件133连接，第三摩擦头43设于第三刚性件133上；第七支撑件127和第八支撑件128通过第四刚性件134连接，第四摩擦头44设于第四刚性件134上。

本实施例中，第六支撑件126和第七支撑件127分别连接第三刚性件133和第四刚性件134，用于传递惯性力，使第三刚性件133和第四刚性件134有同步运动趋势。

进一步地，第二惯性质量块组32包括一个配重块，这里仅为举例。于其他实施例中，第二惯性质量块组32也可以包括若干个串联的配重块，以方便根据需求调节第二惯性质量块组32的质量。

本实施例与实施例一的另外一个区别点在于，本实施例中，轨道有两组轨道摩擦面，分别为第一轨道摩擦面51a和第二轨道摩擦面51b，第一摩擦头41和第二摩擦头42均与第一轨道摩擦面51a滑动连接，第三摩擦头43和第四摩擦头44均与第二轨道摩擦面51b滑动连接。

本实施例中，第一轨道摩擦面51a和第二轨道摩擦面51b相对设置，第一摩擦头41设于第一刚性件131的外侧，第二摩擦头42设于第二刚性件132的外侧，第三摩擦头43设于第三刚性件133的外侧，第四摩擦头44设于第四刚性件134的外侧。

需要说明的是，于其他实施例中，如图16和图17所示，轨道51带有内凸台，第一轨道摩擦面51a和第二轨道摩擦面51b设置于内凸台的相对两侧；为适应图16所示的轨道51，图16中x向y向和z向两两垂直，第一摩擦头41设于第一刚性件131的内侧，第二摩擦头42设于第二刚性件132的内侧，第三摩擦头43设于第三刚性件133的内侧，第四摩擦头44设于第四刚性件134的内侧。需要进一步说明的是，图16中为了方便说明，摩擦头和与其滑动连接的轨道摩擦面并未接触，但实际摩擦头和与其滑动连接的轨道摩擦片是接触的。

进一步地，本实施例中，第一摩擦头41和第二摩擦头42均与第一轨道摩擦面51a面接触，第三摩擦头43和第四摩擦头44均与第二轨道摩擦面51b面接触。于其他实施例中，还可以将第一摩擦头41和第二摩擦头42均与第一轨道摩擦面51a线接触或点接触，将第三摩擦头43和第四摩擦头44与第二轨道摩擦面51b线接触或点接触。

进一步地，上述第三摩擦头43和第四摩擦头44均由耐磨材料制成。优选地，第三摩擦头43和第四摩擦头44均由氧化铝陶瓷制成。需要说明的是，摩擦头还可以由现有技术中的其他耐磨材料制成，在此不再一一赘叙。

将上述压电惯性驱动模块装配于轨道上后，通过摩擦头与轨道摩擦面滑动连接构成一组摩擦副，摩擦副内部具有一定的预紧力F_pre，使静态下上述压电惯性驱动模块具有足够的静态加持力。

第一摩擦头41、第二摩擦头42对第一轨道摩擦面51a产生的驱动力的计算方法同实施例一，这里不再赘述。下面针对第三摩擦头43、第四摩擦头44对第二轨道摩擦面51b产生的驱动力进行进一步地说明，具体如下：

如图13所示，在上述压电惯性驱动模块工作时，压电陶瓷叠堆2驱动摩擦头做加速运动，第二惯性质量块组32对第三摩擦头43、第四摩擦头44产生相反方向的惯性力，使摩擦头绕轴线OO’转动，改变了摩擦头对轨道的压力。轴线OO’指的是压电陶瓷叠堆2在x轴方向的中心线，其垂直于压电惯性驱动模块的中心轴，压电惯性驱动模块的中心轴沿y轴方向。

压电惯性驱动模块借助轨道驱动负载运动的过程中，在“粘滞”阶段，若压电陶瓷叠堆2驱动摩擦头运动的加速度方向为A1方向，加速度为a1，产生的惯性力F₁＝-ma1，m为第二惯性质量块组32的质量。在该惯性力的作用下使第三摩擦头43对第二轨道摩擦面51b的压力F_Nleft增大，F_Nleft相比于F_pre增大ΔFn，F_Nleft＝F_pre+ΔFn；第四摩擦头44对第二轨道摩擦面51b的压力F_Nright减小，F_Nright相比于F_pre减小ΔFn，F_Nright＝F_pre-ΔFn。

因此，第三摩擦头43与第二轨道摩擦面51b之间的摩擦力为：f_left＝μF_Nleft＝μ(F_pre+ΔFn)，其中，μ为摩擦系数；第四摩擦头44与第二轨道摩擦面51b之间的摩擦力为：f_right＝μF_Nright＝μ(F_pre-ΔFn)，整个压电惯性驱动模块对第二轨道摩擦面51b的摩擦力为：f＝f_left+f_right＝2μF_pre。

压电惯性驱动模块通过克服第三摩擦头43、第四摩擦头44与第二轨道摩擦面51b之间的摩擦力借助轨道对负载进行驱动，那么压电惯性驱动模块借助第二轨道摩擦面51b对负载提供的驱动力为：F_A1＝f＝2μF_pre。

如图14所示，压电惯性驱动模块借助轨道驱动负载运动的过程中，在“粘滞”阶段，若压电陶瓷叠堆2驱动摩擦头运动的加速方向为与A1方向相反的A2方向，加速度为a2，产生的惯性力F₂＝-ma2。在该惯性力的作用下使第三摩擦头43对第二轨道摩擦面51b的压力为F_Nleft，F_Nleft相比于F_pre减小ΔFn，F_Nleft＝F_pre-ΔFn；第四摩擦头44对第二轨道摩擦面51b的压力为F_Nright，F_Nright相比于F_pre增大ΔFn，F_Nright＝F_pre+ΔFn。

因此，第三摩擦头43与第二轨道摩擦面51b之间的摩擦力为：f_left＝μF_Nleft＝μ(F_pre-ΔFn)；第四摩擦头44与第二轨道摩擦面51b之间的摩擦力为：f_right＝μF_Nright＝μ(F_pre+ΔFn)，整个压电惯性驱动模块对第二轨道摩擦面51b的摩擦力为：f＝f_left+f_right＝2μF_pre。

压电惯性驱动模块通过克服第三摩擦头43、第四摩擦头44与第二轨道摩擦面51b之间的摩擦力对负载进行驱动，那么压电惯性驱动模块借助第二轨道摩擦面51b对负载提供的驱动力为：F_A2＝f＝2μF_pre。

综上，摩擦头运动的加速度方向为A1方向和A2方向时提供相同大小的驱动力，保证了负载往复运动的过程中具有相同的速度和振动，以便于控制输出位移的速度和精度。

压电惯性驱动模块提供的最大驱动力受限于两个驱动力中的最小值，即Fmax＝min[F_A1,F_A2]，而F_A1＝F_A2＝2μF_pre，那么压电惯性驱动模块沿A1方向和沿A2方向运动的过程中驱动力无衰减，解决了现有技术中两个相反方向的驱动力不同导致压电惯性驱动模块的负载能力被限制的问题。

实施例五

本实施例与实施例四的区别在于：压电陶瓷叠堆2的一端与第一支撑件121远离第一摩擦头41的一端、第五支撑件125远离第三摩擦头43的一端间接相连，压电陶瓷叠堆2的另一端与第四支撑件124远离第二摩擦头42的一端及第八支撑件128远离第四摩擦头44的一端间接相连。

具体地，压电惯性驱动模块还包括一个刚性连接件11，压电陶瓷叠堆2嵌入刚性连接件11的中部，刚性连接件11的一端与第一支撑件121、第五支撑件125相连，刚性连接件11的另一端与第四支撑件124和第八支撑件128相连。使用刚性连接件11使得第一摩擦头41、第二摩擦头42与压电陶瓷叠堆2之间的连接更加可靠，不易断裂，安全可靠性高。

至于压电陶瓷叠堆2与刚性连接件11之间具体安装方式与实施例二相同，在此不再重复赘叙。

实施例六

如图18所示，本实施例与实施例六的区别在于：刚性连接件11设有两个，压电陶瓷叠堆2的一端通过一个刚性连接件11连接于第一支撑件121远离第一摩擦头41的一端及第五支撑件125远离第三摩擦头43的一端，压电陶瓷叠堆2的另一端通过另一个刚性连接件11连接于第四支撑件124远离第二摩擦头42的一端及第八支撑件128远离第四摩擦头44的一端。

实施例七

本实施例对实施例三、实施例六进行进一步的优化，具体地，如图19所示，两个刚性连接件11通过一个柔性连接件14相连。通过增设柔性连接件14可以将两个刚性连接件11和压电陶瓷叠堆2作为一个整体进行有效的弹性伸缩，从而防止压电陶瓷叠堆2断裂。需要说明的是，柔性连接件14具体连接于刚性连接件11上哪个位置及柔性连接件14的形状，均不做限定，只要求柔性连接件14跨过压电陶瓷叠堆2连接两个刚性连接件11即可。

于其他实施例中，柔性连接件14的个数还可以为两个、三个或更多，需要说明的是，在柔性连接件14设有N个时，N个柔性连接件14沿压电陶瓷叠堆2周向依次分布。优选地，相邻两个柔性连接件14之间间隔360°/N，其中，N为大于等于2的正整数。示例性地，如图20所示，N＝2，相邻两个柔性连接件14之间间隔180°设置。

实施例八

本实施例与实施例一的区别在于，如图21所示，压电惯性驱动模块用于驱动负载5绕转动轴转动，压电惯性驱动模块的中心轴沿负载5的径向延伸，且压电惯性驱动模块的中心轴的延长线与负载5的转动轴垂直相交，第一摩擦头41和第二摩擦头42上均设有外壁为弧面的凸台，负载5与凸台线接触，通过压电惯性驱动模块驱动负载5转动。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (12)

1.一种压电惯性驱动模块，包括压电陶瓷叠堆(2)，其特征在于，还包括第一惯性质量块组(31)、第一摩擦头(41)和第二摩擦头(42)；其中：

所述压电陶瓷叠堆(2)、所述第一惯性质量块组(31)均位于所述压电惯性驱动模块的中心轴上；

所述第一摩擦头(41)的设置位置、所述第二摩擦头(42)的设置位置关于所述压电惯性驱动模块的中心轴对称；所述第一摩擦头(41)、所述第二摩擦头(42)分别与所述第一惯性质量块组(31)连接；

所述第一摩擦头(41)、所述第二摩擦头(42)分别与所述压电陶瓷叠堆(2)柔性连接。

2.如权利要求1所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述压电惯性驱动模块还包括第一支撑子模块，所述第一支撑子模块包括第一支撑件(121)、第二支撑件(122)、第三支撑件(123)和第四支撑件(124)；所述第一支撑件(121)、所述第四支撑件(124)为柔性件；

所述第一支撑件(121)的一端、所述第二支撑件(122)、所述第一惯性质量块组(31)、所述第三支撑件(123)和所述第四支撑件(124)的一端依次相连；所述压电陶瓷叠堆(2)的两端分别与所述第一支撑件(121)的另一端和所述第四支撑件(124)的另一端均直接或间接相连；

所述第一摩擦头(41)位于所述第一支撑件(121)、所述第二支撑件(122)的连接处；所述第二摩擦头(42)位于所述第三支撑件(123)、所述第四支撑件(124)的连接处。

3.如权利要求2所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，

所述第一支撑件(121)、所述第四支撑件(124)的设置位置关于所述压电惯性驱动模块的中心轴对称；

所述第二支撑件(122)、所述第三支撑件(123)的设置位置关于所述压电惯性驱动模块的中心轴对称。

4.如权利要求2所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述第二支撑件(122)、所述第一惯性质量块组(31)、所述第三支撑件(123)依次连接形成一个向所述压电陶瓷叠堆(2)内凹的结构。

5.如权利要求2所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述第一支撑件(121)和所述第二支撑件(122)通过第一刚性件(131)连接，所述第一摩擦头(41)设于所述第一刚性件(131)上；

所述第三支撑件(123)和所述第四支撑件(124)通过第二刚性件(132)连接，所述第二摩擦头(42)设于所述第二刚性件(132)上。

6.如权利要求2所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述压电惯性驱动模块还包括：第二支撑子模块、第二惯性质量块组(32)；所述第二支撑子模块与第一支撑子模块的结构相同，且所述第二支撑子模块与第一支撑子模块关于预设平面镜像对称；所述第一惯性质量块组(31)与第二惯性质量块组(32)的结构相同，且所述第一惯性质量块组(31)与所述第二惯性质量块组(32)关于所述预设平面镜像对称，所述预设平面为垂直于所述压电惯性驱动模块的中心轴且经过所述压电陶瓷叠堆(2)形变方向中心轴的平面。

7.如权利要求2所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述第一支撑件(121)连接所述第一摩擦头(41)的一端和所述第四支撑件(124)连接所述第二摩擦头(42)的一端沿所述压电惯性驱动模块的中心轴的轴向相互靠近或远离。

8.如权利要求2至7任一项所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述压电惯性驱动模块还包括一个刚性连接件(11)，所述压电陶瓷叠堆(2)嵌入所述刚性连接件(11)的中部，所述刚性连接件(11)的两端分别连接于所述第一支撑件(121)和所述第四支撑件(124)。

9.如权利要求2至7任一项所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述压电惯性驱动模块还包括两个刚性连接件(11)，所述压电陶瓷叠堆(2)的一端通过一个所述刚性连接件(11)连接于所述第一支撑件(121)，所述压电陶瓷叠堆(2)的另一端通过另一个所述刚性连接件(11)连接于所述第四支撑件(124)。

10.如权利要求9所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，两个所述刚性连接件(11)通过至少一个柔性连接件(14)相连。

11.如权利要求1至7任一项所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述第一惯性质量块组(31)包括若干个串联的配重块。

12.如权利要求1至7任一项所述的压电惯性驱动模块，其特征在于，所述压电陶瓷叠堆(2)的通电形变方向垂直于所述压电惯性驱动模块的中心轴。

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